Ključna uloga silicija (SiO2) u E-staklu

Silicijev dioksid (SiO2) igra apsolutno ključnu i temeljnu ulogu uE-staklo, tvoreći temelj za sva njegova izvrsna svojstva. Jednostavno rečeno, silicijev dioksid je "tvorac mreže" ili "kostur" E-stakla. Njegova se funkcija može posebno kategorizirati u sljedeća područja:

1. Formiranje strukture staklene mreže (osnovna funkcija)

Ovo je najosnovnija funkcija silicija. Silicijev dioksid je sam po sebi oksid koji stvara staklo. Njegovi SiO4 tetraedri međusobno su povezani premošćivanjem atoma kisika, tvoreći kontinuiranu, robusnu i slučajnu trodimenzionalnu mrežnu strukturu.

• Analogija:To je poput čeličnog kostura kuće u izgradnji. Silicijev dioksid pruža glavni okvir za cijelu staklenu konstrukciju, dok su druge komponente (poput kalcijevog oksida, aluminijevog oksida, borovog oksida itd.) materijali koji ispunjavaju ili modificiraju ovaj kostur kako bi prilagodili performanse.
• Bez ovog silicijevog skeleta ne može se formirati stabilna staklasta tvar.

2. Pružanje izvrsnih električnih izolacijskih performansi

• Visoka električna otpornost:Sam silicijev dioksid ima izuzetno nisku pokretljivost iona, a kemijska veza (Si-O veza) je vrlo stabilna i jaka, što otežava ionizaciju. Kontinuirana mreža koju tvori uvelike ograničava kretanje električnih naboja, dajući E-staklu vrlo visoku volumsku i površinsku otpornost.
• Niska dielektrična konstanta i mali dielektrični gubici:Dielektrična svojstva E-stakla su vrlo stabilna na visokim frekvencijama i visokim temperaturama. To je uglavnom zbog simetrije i stabilnosti mrežne strukture SiO2, što rezultira niskim stupnjem polarizacije i minimalnim gubitkom energije (pretvaranjem u toplinu) u visokofrekventnom električnom polju. Zbog toga je idealno za upotrebu kao materijal za ojačanje u elektroničkim pločama (PCB) i visokonaponskim izolatorima.

3. Osiguravanje dobre kemijske stabilnosti

E-staklo pokazuje izvrsnu otpornost na vodu, kiseline (osim fluorovodične i vruće fosforne kiseline) i kemikalije.

• Inertna površina:Gusta Si-O-Si mreža ima vrlo nisku kemijsku aktivnost i ne reagira lako s vodom ili H+ ionima. Stoga je njezina otpornost na hidrolizu i kiseline vrlo dobra. To osigurava da kompozitni materijali ojačani E-staklenim vlaknima dugoročno održavaju svoje performanse, čak i u teškim uvjetima.

4. Doprinos visokoj mehaničkoj čvrstoći

Iako je konačna snagastaklena vlaknatakođer je pod velikim utjecajem čimbenika poput površinskih nedostataka i mikropukotina, njihova teorijska čvrstoća uvelike proizlazi iz jakih Si-O kovalentnih veza i trodimenzionalne mrežne strukture.

• Visoka energija veze:Energija Si-O veze je vrlo visoka, što sam stakleni kostur čini izuzetno robusnim, pružajući vlaknu visoku vlačnu čvrstoću i modul elastičnosti.

5. Davanje idealnih toplinskih svojstava

• Nizak koeficijent toplinskog širenja:Sam silicijev dioksid ima vrlo nizak koeficijent toplinskog širenja. Budući da služi kao glavni kostur, E-staklo također ima relativno nizak koeficijent toplinskog širenja. To znači da ima dobru dimenzijsku stabilnost tijekom promjena temperature i manja je vjerojatnost stvaranja prekomjernog naprezanja zbog toplinskog širenja i skupljanja.
• Visoka točka omekšavanja:Talište silicija je izuzetno visoko (približno 1723 °C). Iako dodatak drugih oksida za otapanje snižava konačnu temperaturu taljenja E-stakla, njegova SiO2 jezgra i dalje osigurava da staklo ima dovoljno visoku točku omekšavanja i toplinsku stabilnost kako bi zadovoljilo zahtjeve većine primjena.

U tipičnomE-stakloU sastavu, sadržaj silicija obično iznosi 52%-56% (težinski), što ga čini najvećom pojedinačnom oksidnom komponentom. Definira temeljna svojstva stakla.

Podjela rada među oksidima u E-staklu:

• SiO2(Silicijev dioksid): Glavni kosturpruža strukturnu stabilnost, električnu izolaciju, kemijsku trajnost i čvrstoću.
• Al2O3(Aluminij): Pomoćni mrežni oblikovač i stabilizatorpovećava kemijsku stabilnost, mehaničku čvrstoću i smanjuje sklonost devitrifikaciji.
• B2O3(Borov oksid): Modifikator fluksa i svojstavaznačajno snižava temperaturu taljenja (ušteda energije) uz poboljšanje toplinskih i električnih svojstava.
• CaO/MgO(Kalcijev oksid/Magnezijev oksid): Fluks i stabilizator; pomaže u topljenju i prilagođava kemijsku trajnost i svojstva devitrifikacije.